對雷電干擾導致西氣東輸管道線路GOV閥誤關斷事件的研討

端木君，段 沖，李 偉

（中國石油西氣東輸管道公司，上海 200122）

0 引言

西氣東輸管道的線路閥室和場站出入口處緊急切斷場所配置了GOV閥 （氣液聯動閥）。GOV閥配套LineGuard電子單元，通過氣液聯動執行機構實現快速開啟和關斷功能，具有較好的安全性，普遍應用于天然氣長輸管道。西氣東輸管道投產以來，發生過多次線路閥室GOV閥 “誤關斷”失效事件，從歷次事件統計來看，主要原因是由雷電干擾引起LineGuard電子單元的紊亂，造成閥門誤動作，威脅管道安全平穩運行；且GOV閥關斷后的緊急處理、維檢修作業也有較大的安全風險。為此西氣東輸管道公司開展了閥室防雷抗干擾改造，本文從防雷抗干擾方面進行分析，并提出解決方案。

1 西氣東輸管道線路閥室概況

目前，西氣東輸管道的線路閥室分為普通閥室和RTU閥室兩種，前者主要用于緊急情況下線路切斷，后者除實現線路切斷外，還可將線路截斷閥前后的管道壓力、閥位和陰極保護信號等通過遠程終端RTU傳輸到北京調控中心和上海生產調度室，實現數據的采集和遠程監控。兩種閥室在建筑結構、供電方式和用電負載方面的對比如表1所示。

2 LineGuard電子單元簡介

GOV閥配置的LineGuard電子單元是一套專用于管道壓力監測、爆管判斷和自動關閥功能的獨立單元，其組件主要包括：ROC控制器、Flash存儲器、電壓轉換模塊、壓力變送器、電磁閥、電池、機箱等。該電子單元通過壓力變送器實時采樣管道壓力，并通過先導電磁閥控制動力氣源，執行閥門的開、關動作。LineGuard電子單元以過去一段時間內采樣數據平均值為基礎，在此基礎上進行報警限值和壓降速率的計算和判斷，并將這些報警條件歸類為 “小事件”和 “大事件”。其中 “大事件”包括以下三種情況：檢測壓力低于關斷設定值；檢測壓力高于關斷設定值；檢測壓降速率高于壓降速率關斷設定值。只有當 “大事件”持續超過設定時限時，才會觸發關閥命令。

表1 RTU閥室和普通閥室對比

3 線路閥室GOV閥誤關斷分析

造成線路閥室GOV閥誤關斷各種起因所占比例如圖1所示。其中，由雷電干擾造成的誤關斷事件占30%，主要分以下兩種情況：一是雷電干擾造成存儲器數據紊亂而程序本身并未發生錯誤，當“紊亂”的壓力數據達到程序設定的關閥條件時，程序會執行關閥指令。二是雷電干擾造成電壓轉換模塊損壞，輸出電壓偏低，控制單元因為輸入電壓不足，引起ROC控制器數據紊亂而關閥。

圖1 線路閥室GOV閥誤關斷起因比例示意

4 線路閥室防雷抗干擾方面存在的主要問題

4.1 LineGuard電子單元受雷擊泄放電流干擾

（1）LineGuard電子單元的電源進線和壓力變送器信號輸入通道處未配置浪涌保護器。雷電引起的過電壓容易造成電壓轉換模塊損壞，導致其輸出電壓偏低或雷擊產生的干擾電流沿壓力變送器信號輸入通道串入電子單元，造成電子單元程序紊亂。

（2）屋頂設有衛星天線或太陽能極板的閥室，電源電纜從屋頂引入室內時，存在電源線和接閃器距離較近、與引下線平行敷設、電源線未采取屏蔽措施的情況。雷擊泄放電流產生的磁場容易對LineGuard電子單元造成干擾。

4.2 工藝間電氣、儀表設備受地電位反擊

工藝間內的金屬體包括：電氣、儀表設備的金屬外殼和金屬構架、電纜鎧裝層及保護鋼管、鋼窗網罩、門禁開關等。工藝間屬于易燃易爆場所，如果工藝間內各金屬體接地系統之間未形成等電位，在雷擊或電氣設備故障時，不同部位之間會產生電位差，對控制系統產生共模干擾，嚴重時引起地電位反擊，產生電火花引爆或損壞電氣設備。

4.3 未形成有效的雷電泄放通道

閥室屋頂作為接閃器應與引下線可靠連接，形成有效的雷擊電流泄放通道。但屋頂安裝彩鋼瓦的閥室，彩鋼瓦龍骨架未與避雷帶進行有效的電氣連接。

4.4 未充分利用屏蔽抗干擾能力

圍墻金屬防護網、鐵藝大門孤立存在，未充分利用閥室的屏蔽抗干擾能力。

4.5 儀表間內等電位接地接線不規范

（1）儀表間內的RTU機柜、通訊柜、配電箱、蓄電池架等裝置與局部等電位接地箱 （LEB）采用串聯 （M型）方式進行等電位連接。采用串聯方式時，首、末端電位差變化較大，容易產生耦合導致電路間基準電壓不一致，對RTU機柜產生干擾。

（2）RTU機柜內未區分保護接地和工作接地。在信號傳輸過程中，RTU機柜內的保護接地容易對工作接地造成干擾。

（3）儀表間局部等電位接地箱的接線不規范，如接地線線徑不足、盤繞敷設、使用單股硬銅線、多股軟銅線未壓接銅線鼻子或多根接地線壓接在一個螺栓上等。

5 線路閥室防雷抗干擾整改措施

（1）減少浪涌電壓、浪涌電流對LineGuard電子單元的干擾。首先，在LineGuard電子單元內設置電源和壓變信號共用的雙通道浪涌保護器；其次，對于屋頂設有衛星天線或太陽能極板的閥室，LineGuard電子單元電源進線應選用鎧裝、屏蔽電纜，電纜穿鋼管保護，并做好電纜鎧裝層和屏蔽層的接地措施。

（2）對工藝間內金屬體的等電位接地系統進行改造。在工藝間內補做-40 mm×4 mm主扁鋼內環接地網，內環接地網對角處引出-25 mm×5 mm分支扁鋼與室外埋地主接地網可靠連接。工藝間內金屬體通過多股軟銅線與新增內環接地網可靠連接。

（3）實現閥室屋頂彩鋼瓦和引下線的可靠連接。在屋頂對角處，通過φ10 mm熱鍍鋅圓鋼實現彩鋼瓦龍骨架和避雷帶的可靠焊接。

（4）補充圍墻接地裝置，在圍墻上增設引下線和斷接卡子，做好金屬防護欄、鐵藝大門的等電位接地措施，使閥室彩鋼瓦屋頂、圍墻防護網、鐵藝大門形成籠形屏蔽體，增強閥室屏蔽抗干擾能力。

（5）規范儀表間內各機柜和局部等電位接地箱之間的等電位接地接線方式。儀表間內機柜之間按并聯 （星形）方式進行等電位連接，并以最短路徑接入局部等電位接地箱 （LEB）；局部等電位接地箱的接地線應盡量短、直，按一個螺栓壓接一根接地線銅線鼻子方式進行施工，并在壓接處采用熱搪錫處理；儀表間RTU機柜應區分保護接地銅排、工作接地銅排以及保護接地線和工作接地線。

采取整改措施后，效果顯著。據統計，未改造前2011年共發生17起GOV閥誤關斷事件，閥室抗干擾項目改造完成后，2012年只發生2起誤關斷事件。閥室防雷抗干擾改造對保障天然氣長輸管道的安全、平穩運行，節約運行管理和維搶修成本等方面具有積極意義。